宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī电动牙刷如何自w到高c，将电动牙刷放在小洞里作文)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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